JP2011018728A - 積層配線基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特に高信頼性の層間導電ビアを有する積層配線基板とその製造方法を提供する。
【解決手段】第１、第２回路配線基板を積層した積層配線基板であり、第１回路配線基板Ｐ１は第１絶縁基板１の一方の面に設けられた第１パッド部２ａを有する第１配線金属層２を備え、第２回路配線基板Ｐ２は、開口部ＢＨが形成された第２絶縁基板３、開口部内に充填され板面に沿って平坦化された両端面を有する金属粒単体Ｍからなる層間導電ビアＶ及び第２絶縁基板の一方の面に設けられ層間導電ビアの一端面に接合された第２パッド部４ａを有する第２配線金属層４を備え、金属粒単体は加熱により各配線金属層表面に拡散して合金接合を形成し加圧により平坦化される材質からなり、第２パッド部は層間導電ビアの一端面に加熱により合金接合され、第１パッド部は他端面に加熱加圧により合金接合されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は積層配線基板及びその製造方法に関し、特に、高信頼性の層間導電ビアを有する積層配線基板及びその製造方法に関する。

近時、電子機器の小型化、軽量化、高機能化の要求に伴って、電子機器に装着されるプリント基板にも同様の要求が高まり、基板間の電気信号の増加に対応するために多層配線基板を採用する傾向が益々高まってきている。また、基板間の電気信号を導通させる層間導電ビアには電気的接続の信頼性が高いことが望まれると共に、基板内の信号回路を小スペース内に収めるために基板内の回路配線層をより狭ピッチ化できるように回路配線層自身をファインパターン化することが望まれてきている。

ところで、層間導電ビアを形成するために、従来から様々な技術が開発及び実用化されている。その一つには、プリント基板にスルーホールやブラインドホールなどを形成し、これらのホール内壁から基板両面の回路配線層に亘って導電性金属をめっきする方法が広く採用されている。

しかしながら、めっき法では、前処理、後処理及びめっき層厚の管理など多くの処理工程を要すること、スルーホールやブラインドホールによる空間部が残留し、その部分への電子部品の実装ができないこと、多層基板間のビア・オン・ビアやパッド・オン・ビアなどの層間接続の形態が得られないこと、配線層がめっき層分だけ厚くなりファインパターン化に制約がでるなどの問題点がある。

また、めっき法の問題を解決するために、微細な金属粒子をエポキシ系樹脂バインダーに混ぜ合わせた導電性ペーストを、スルーホールやブラインドホールに印刷／充填して層間導電ビアを形成する方法が、例えば特許文献１〜３などにより既に開示されている。

しかしながら、多数の層間導電ビアを形成するに当たって、導電性ペーストをホール内に充填する際に、ボイドを内包する導電ビアが発生し、層間接続抵抗値及びそのばらつきが大きくなって、層間接続の信頼性が低下するという問題点がある。

次に、層間導電ビアをはんだボールを用いて形成する方法が特許文献４に開示されているので、この従来技術を図６に示して説明する。この従来技術では、絶縁基板５１の上面に銅箔パターン５２を設けた内層パネル上に樹脂組成物５３を介して銅箔５４が設けられている。前記銅箔５４は、銅箔パターン５２の一部に対向する位置にて化学的エッチングにより小径穴が形成され、樹脂組成物５３には、前記小径穴の周辺下にアンダーカットを生じるようにブラインドホールＢＨが化学的エッチングにより形成されている。

そして、はんだボールが、加圧されて前記銅箔５４の小径穴周縁５４ａを下方に絞り込むと共に銅箔パターン５２に接触するようにブラインドホールＢＨに押し込まれ、その後、溶融された溶融後のはんだ５５によって、前記銅箔パターン５２と銅箔５４とが層間接続されている。このとき、前記銅箔５４の小径穴周縁５４ａは、図示のように下側に折り曲げられた絞り先端を有する状態にあり、溶融後のはんだ５５は、小径穴周縁５４ａの下側のアンダーカット内に回り込むと共に、ブラインドホールＢＨに充填される。

従って、前記溶融後のはんだ５５は、絞り込まれた小径穴周縁５４ａの先端近傍にノッチ或いはクラックＣを発生させ易い。特に多層配線基板において必須の熱衝撃試験において、各種金属や樹脂材料間の熱膨脹係数の差から生じる熱的歪みに耐え得ることが必要であるが、前記溶融後のはんだ５５に、多数の深いクラックＣが発生し、機械的強度に耐えきれなかったり、層間接続抵抗が大きくなるなどの問題点が生じる。また、前記絶縁基板５１の下面には銅箔パターンが見られないので、多層基板間のビア・オン・ビアやパッド・オン・ビアなどの層間接続の形態は、想定されていないし、得ることもできない。

特開２００１−３２６４６５号公報 特開２００３−４６２４４号公報 特開２００５−４５１８７号公報 特開平８−３０７０５８号公報

本発明は、前記従来の問題点を解決するものであり、特に、高信頼性の層間導電ビアを有する積層配線基板及びその製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明の積層配線基板は、第１及び第２回路配線基板を積層したものであり、前記第１回路配線基板は第１絶縁基板の少なくとも一方の面に設けられた第１パッド部を有する第１配線金属層を備え、前記第２回路配線基板は、板面を貫通する開口部が形成された第２絶縁基板、前記開口部内に充填され前記板面に沿って平坦化された両端面を有する金属粒単体からなる層間導電ビア及び前記第２絶縁基板の一方の面に設けられ前記層間導電ビアの一端面に接合された第２パッド部を有する第２配線金属層を備え、前記金属粒単体は加熱により前記各配線金属層表面に拡散して合金接合を形成し加圧により平坦化される材質からなり、前記第２パッド部は前記層間導電ビアの一端面に加熱により合金接合され、前記第１パッド部は前記層間導電ビアの他端面に加熱加圧により合金接合されていることを特徴とする。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の積層配線基板において、前記第２絶縁基板は熱可塑性樹脂からなることを特徴とする。

請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載の積層配線基板において、前記第２絶縁基板は非熱可塑性樹脂からなり、前記第２配線金属層は前記第２絶縁基板の一方の面に設けられ、前記第１配線金属層は熱硬化性樹脂接着層を介して前記第２絶縁基板の他方の面に接着されていることを特徴とする。

請求項４に記載の本発明は、請求項１〜請求項３のうちいずれか１つに記載の積層配線基板において、前記第１及び第２配線金属層は銅からなり、前記金属粒単体は、はんだ粒単体からなることを特徴とする。

請求項５に記載の本発明の積層配線基板の製造方法は、次の段階１〜段階３を備えたことを特徴とし、１．第１回路配線基板を形成する段階は、第１絶縁基板の少なくとも一方の面に設けられた第１金属層に回路パターン化を施し、第１パッド部を有する第１配線金属層を形成する工程を含み、２．第２回路配線基板を形成する段階は、（２−Ａ）熱可塑性樹脂フィルムからなる第２絶縁基板の一方の面に前記第１配線金属層の第１パッド部に対応する第２パッド部を有する第２金属層が設けられた片面配線基材を用い、前記第２絶縁基板の他方の面側から、前記各第２パッド部に対応して開口部を前記第２絶縁基板に形成することにより、前記第２パッド部の内面を露出させる工程と、（２−Ｂ）前記各第２パッド部の露出表面を清浄化処理する工程と、（２−Ｃ）加熱により前記各金属層表面に拡散して合金接合を形成し加圧により平坦化される材質からなり、前記開口部の容積よりも大きな体積を有する層間導電ビア用の金属粒単体を前記開口部内に挿入する工程と、（２−Ｄ）前記金属粒単体を加熱溶融することによって、前記第２金属層の第２パッド部の表面と合金接合し表面張力により前記開口部から突出する凸面部を形成した状態で固化する工程と、（２−Ｅ）前記第２金属層に回路パターン化を施して第２配線金属層を形成する工程とを含み、３．前記第１及び第２回路配線基板を積層する段階は、（３−Ａ）前記第１パッド部と前記第２パッド部とを位置合わせし、前記第２絶縁基板の他方の面を前記第１絶縁基板の一方の面に向けて前記第１及び第２回路配線基板を重ね合わせる工程と、（３−Ｂ）加熱条件下で、前記第１及び第２回路配線基板を厚さ方向に挟むように両面から加圧し、前記第１及び第２絶縁基板を相互に熱圧着する工程と、（３−Ｃ）前記工程（３−Ｂ）の際に、前記工程（２−Ｄ）の金属粒単体の凸面部を前記第２配線金属層のパッド部表面に突き合わせて合金接合すると共に押圧平坦化することによって、前記第１及び第２パッド部間に層間導電ビアを形成する工程とを含む。

請求項６に記載の本発明の積層配線基板の製造方法は、次の段階１〜段階３を備えたことを特徴とし、１．第１回路配線基板を形成する段階は、第１絶縁基板の少なくとも一方の面に設けられた第１金属層に回路パターン化を施し、第１パッド部を有する第１配線金属層を形成する工程を含み、２．第２回路配線基板を形成する段階は、（２−ａ）一方の面に前記第１パッド部に対応する第２パッド部を有する第２金属層が設けられた非熱可塑性樹脂フィルムからなる第２絶縁基板の他方の面に熱硬化性樹脂接着層を貼着し、前記第２絶縁基板の他方の面側から、前記第２パッド部に対応して開口部を前記第２絶縁基板に形成することにより、前記第２パッド部の内面を露出させる工程と、（２−ｂ）前記第２パッド部の露出表面を清浄化処理する工程と、（２−ｃ）加熱により前記各金属層表面に拡散して合金接合を形成し加圧により平坦化される材質からなり、前記開口部の容積よりも大きな体積を有する層間導電ビア用の金属粒単体を前記開口部内に挿入する工程と、（２−ｄ）前記金属粒単体を加熱溶融することによって、前記第２金属層の第２パッド部の表面と合金接合し表面張力により前記開口部から突出する凸面部を形成した状態で固化する工程と、（２−ｅ）前記第２金属層に回路パターン化を施して第２配線金属層を形成する工程とを含み、３．前記第１及び第２回路配線基板を積層する段階は、（３−ａ）前記第１パッド部と前記第２パッド部とを位置合わせし、前記第２絶縁基板の他方の面を前記第１絶縁基板の一方の面に向けて前記第１及び第２回路配線基板を重ね合わせる工程と、（３−ｂ）加熱条件下で、前記第１及び第２回路配線基板を厚さ方向に挟むように両面から加圧し、前記第１及び第２絶縁基板を前記熱硬化性樹脂接着層によって相互に接着する工程と、（３−ｃ）前記工程（３−ｂ）の際に、前記工程（２−ｄ）の金属粒単体の凸面部を前記第２配線金属層のパッド部表面に突き合わせて合金接合すると共に押圧平坦化することによって、前記第１及び第２パッド部間に層間導電ビアを形成する工程とを含む。

請求項７に記載の本発明は、請求項５または請求項６に記載の積層配線基板の製造方法において、前記第１及び第２配線金属層は銅からなり、前記金属粒単体は、はんだ粒単体からなることを特徴とする。

本発明の積層配線基板は第１配線金属層を有する第１回路配線基板上に第２配線金属層を有する第２回路配線基板を積層して形成され、第１、第２配線金属層間の層間導電ビアが加熱により各配線金属層表面に拡散して合金接合を形成し加圧により平坦化される材質の金属粒単体からなっている。そして、前記層間導電ビアは、一端面が第２配線金属層の第２パッドに加熱により合金接合され、他端面が前記第１配線金属層の第１パッド部に加熱加圧により合金接合されているので、ボイド並びに層間接続抵抗値及びそのばらつきを大幅に小さくすることができ、著しく高い信頼性の層間接続を得ることができる。また、層間導電ビア上への電子部品の実装、多層基板間のビア・オン・ビア或いはパッド・オン・ビアなどが可能であり、各配線金属層のファインパターン化も容易に得られる。

特に、本発明の製造方法によれば、前記層間導電ビアと第２パッド部とは、そのパッド部を清浄化して加熱することによって簡単かつ確実に良好な合金接合が得られる。また、前記層間導電ビアと第１パッド部とは、加熱加圧条件下で、前記層間導電ビアの基材料である金属粒単体の凸面部がそのパッド部に突き合わせられるので、第２金属層の基材料である金属箔表面が酸化されていたとしても、その酸化物を前記凸面部が突き破りパッド部と簡単かつ確実に良好な合金接合を形成するなどの効果を奏することができる。

本発明の第１実施形態に係る積層配線基板及び製造方法を説明するための工程別断面図である。 本発明の第１実施形態に係る積層配線基板に組み込まれる回路配線基板の製造方法を説明するための工程別拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る積層配線基板及び製造方法を説明するための工程別断面図である。 本発明の第２実施形態に係る積層配線基板に組み込まれる回路配線基板の製造方法を説明するための工程別拡大断面図である。 本発明の第３実施形態に係る積層配線基板の複数例を説明するための断面図であり、（ａ）はコア回路配線基板を、（ｂ）〜（ｄ）は前記コア回路配線基板の両面に他の回路配線基板が積層された各積層配線基板を示す断面図である。 従来技術における回路配線基板の一例を示す断面図である。

以下、本発明の第１〜第３実施形態に係わる積層配線基板や製造方法について、図１〜図５を参照して順次説明する。

［第１実施形態］
第１実施形態に係わる積層配線基板は図１（ｃ）に示され、積層配線基板の製造方法は図１（ａ）〜図１（ｃ）の製造工程並びに図２（ａ）〜図２（ｆ）に示されている。本発明に係わる積層配線基板は少なくとも２枚の回路配線基板を積層する形態をとるものであり、図１（ａ）に示すように一例として第１〜第４回路配線基板Ｐ１〜Ｐ４が用意される。

前記第１〜第４回路配線基板Ｐ１〜Ｐ４は、いずれも熱可塑性樹脂フィルムからなる絶縁基板１、３、５、７の片面に銅箔を張り合わせた銅張積層基板材（片面ＣＣＬ）を用いて形成され、前記銅箔に回路パターニングを施すことによって形成された配線金属層を有する。

前記第１回路配線基板Ｐ１は、第１絶縁基板１の一方の面（上面）に複数の第１パッド部２ａ、２ｂを有する第１配線金属層２が形成されている。前記パッド部の数及び位置は、図示に限らず、層間接続の予定数及び配置パターンに応じて適宜定められる。なお、前記第１回路配線基板Ｐ１は、第１絶縁基板１の他方の面（下面）にも配線金属層を設けた両面配線基板とすることもできる。

前記第２回路配線基板Ｐ２は、第２絶縁基板３の一方の面（上面）に第２配線金属層４を有し、前記第２配線金属層４は前記第１回路配線基板Ｐ１の第１パッド部２ａ、２ｂに対応する複数の第２パッド部４ａ、４ｂを有する。そして、前記第２絶縁基板３を貫通する複数の開口部ＢＨが、前記第２絶縁基板３の他方の面（下面）側から各第２パッド部４ａ、４ｂの内面に達するブラインドホールとして形成されている。

前記各開口部ＢＨ内には加熱溶融処理された第１の層間導電ビア用の金属粒単体Ｍがそれぞれ充填されており、前記各金属粒単体Ｍは、加熱により溶融された際に前記各配線金属層表面に拡散して合金接合を形成し加圧により平坦化される材質（詳細は後述する）からなる。そして、第１の各層間導電ビア用の金属粒単体Ｍの一端面が加熱により前記各第２パッド部４ａ、４ｂの内表面に合金接合され、他端面が前記第２絶縁基板３の下面から突出する凸面部を有する形状とされている。前記各金属粒単体Ｍは、ここでは、銅箔に拡散し易い拡散促進金属成分として例えば錫などを混入したはんだ粒単体の材料が用いられている。

また、前記第２回路配線基板Ｐ２の場合と同様に、第３回路配線基板Ｐ３は、複数の開口部ＢＨが形成された第３絶縁基板５、第３絶縁基板５の一方の面（上面）に形成された複数の第３パット部６ａ〜６ｃを含む第３配線金属層６、各開口部ＢＨに充填された第２の層間導電ビア用の金属粒単体Ｍを有する。

そして、第４回路配線基板Ｐ４は、同様に複数の開口部ＢＨが形成された第４絶縁基板７、複数の第４パット部８ａ〜８ｃを含む第４配線金属層８及び第３の層間導電ビア用の金属粒単体Ｍを有する。前記第２及び第３の層間導電ビア用の金属粒単体Ｍは前述の材質からなり、前記第３、第４絶縁基板５、７の各下面から突出する凸面部が形成されている。

次に、前記各パッドや各開口部につき相互間の位置合わせをして重ね合わせた前記第１〜第４回路配線基板Ｐ１〜Ｐ４を、例えば加熱温度２６０℃、圧力１〜５ＭＰａの条件下で１０〜３０分間、加熱プレート（図示せず）により上下両側から挟む方向にて加熱加圧することによって、図１（ｂ）に示すような一体化された積層配線基板Ｐｓを形成する。

このとき、前記第１〜第３回路配線基板Ｐ１〜Ｐ３の第１〜第３パッド部（２ａ、２ｂ）〜（６ａ〜６ｃ）にそれぞれ対向する各回路配線基板Ｐ２〜Ｐ４の各金属粒単体Ｍの凸面部は、対向する各配線金属層の各パッド部にそれぞれ突き合わせられるので、各パッド部表面が酸化されていたとしても、その酸化物を突き破り、各パッド部表面と簡単かつ確実に良好な合金接合を形成すると共に押圧平坦化される。

このようにして、図１（ｂ）に示すように、第１及び第２パッド部２ａ−４ａ間、２ｂ−４ｂ間、第２及び第３パッド部４ａ−６ａ間、４ｂ−６ｂ間、第３及び第４パッド部６ａ−８ａ間、６ｂ−８ｂ間、６ｃ−８ｃ間に金属粒単体からなる複数の層間導電ビアＶがそれぞれ形成される。前記各導電ビアＶの一端面は隣接する配線金属層の各パッド部に加熱によりそれぞれ合金接合され、前記各導電ビアＶの他端面は隣接する各配線金属層の各パッド部に加熱加圧によりそれぞれ合金接合されている。

一方、前記第１〜第４絶縁基板１、３、５、７は、熱可塑性樹脂であるために、前記加熱加圧の際に相互に塑性流動し合い一体化すると共に隣り合う各配線金属層２、４、６、８を接着固定する。従って、積層後の前記第１〜第４絶縁基板相互の境界線は図には表れない。

その後、図１（ｃ）に示すように絶縁被覆層９を積層配線基板Ｐｓの上表面に被着する。前記絶縁被覆層９は、最外層である第４配線金属層８の表面保護としての例えばポリイミド樹脂フィルムからなるカバーレイとしたり、例えば第４パッド部８ａ、８ｂに対するコンタクトホールを設けて、外部端子用のはんだバンプを形成するためのソルダーレジストとすることもできる。なお、前記各パッド部は、配線金属層のうち層間導電ビアと電気的に接続する部分を指すものであり、ランド部と称することもできる。

次に、前記第２〜第４回路配線基板Ｐ２〜Ｐ４の形成方法について、図２を参照して説明する。図２は、図１における前記第２回路配線基板Ｐ２の第２絶縁基板３上の第２パッド部４ａ及び導電ビア用の金属粒単体Ｍ及びその近傍の部分を対象にして示しているが、以下に説明するこれらの形成手法は、他の第２パッド部４ｂや第３、第４回路配線基板Ｐ３、Ｐ４の各パッド部、開口部ＢＨ及び金属粒単体Ｍの形成にも同等に適用できる。

まず、図２（ａ）に示す工程では、例えば２０〜３０μｍの厚さを有する熱可塑性樹脂からなる第２絶縁基板３の一方の面（下面）に、例えば１０〜１２μｍの厚さを有する銅箔からなる第２金属層４Ａ（図中一点鎖線で示す）を積層して設けられた片面配線基材（片面ＣＣＬ）を用意する。ここでは、前記第２金属層４Ａに化学エッチング法などによって回路パターニングを施して第２配線金属層４の第２パッド部４ａを形成する。

また、絶縁基板用の前記熱可塑性樹脂の具体例としては、熱可塑性ポリイミド、液晶ポリマー、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）或いはポリアミドイミド（ＰＡＩ）などがある。

図２（ｂ）の工程では、第２絶縁基板３の他方の面（上面）に例えばポリイミド樹脂フィルムなどからなるマスク層ＭＳを被覆し、図２（ｃ）の工程では、前記マスク層ＭＳ及び第２絶縁基板３の上面側からレーザ加工を施し、第２パッド部４ａの内側表面を露出させるように、前記マスク層ＭＳ及び第２絶縁基板３を貫通するブラインドホール形の開口部ＢＨを形成する。

前記開口部ＢＨの形状は上面側が径大で下面側が径小となるような例えば１００μｍの最大径を有する逆円錐形となっている。この逆円錐形はレーザビームの先端部強度分布がトップハットもしくはガウシアン分布を示すことを利用して得られている。勿論、前記開口部ＢＨの形状は直円筒形とすることもできる。

図２（ｄ）の工程では、前記第２パッド部４ａの露出表面の自然酸化物を除去し清浄化処理するために、フラックスＦを例えばスキージＳを用いてスキージング印刷することによって、開口部ＢＨの底部にて、第２パッド部４ａの露出表面に塗布或いは被着する。

そして、図２（ｅ）に示すように、前記第２絶縁基板３の厚さ寸法よりも大きな直径の寸法を有する球体状の金属粒単体Ｍ１を、前記開口部ＢＨ内に挿入し前記フラックスＦ上に重ねる。この金属粒単体Ｍ１の挿入は、スキージング印刷技術或いはパッド配列パターンに対応した升目を有するガイド板を用いて各開口部ＢＨに落とし込むことによって行うことができる。前記金属粒単体Ｍ１は、銅箔に拡散し易い金属成分を混入した前述のようなはんだ粒単体の材料（はんだボール）からなっていて、前記第２絶縁基板３の厚さ範囲における前記開口部ＢＨの容積よりも大きな体積を有する。

次に、前記マスク層ＭＳを第２絶縁基板３表面から除去する。前記マスク層ＭＳは、前記開口部ＢＨ形成工程、表面清浄化工程及び金属粒単体Ｍ１の挿入工程を通じて、第２絶縁基板３の表面汚染を防止するために用いられている。一方、前記フラックスＦの供給は、スプレーやディスペンサなどの他の方法を採用することができる。もし、例えばディスペンサによって、フラックスＦを前記各開口部ＢＨに選択的に供給する方法を採用すれば、前記マスク層ＭＳの形成を省略することも可能である。

その後、図２（ｆ）の工程では、例えば２６０℃の温度で前記金属粒単体Ｍ１を加熱溶融して溶融された金属粒単体Ｍを形成する。前記溶融金属粒単体Ｍは、その底面側において、フラックスＦによって酸化物を除去して清浄化された第２パッド部４ａの内側表面との界面に拡散して合金接合を形成し低抵抗性或いは高導電性の電気的接続が得られる。

また、前記溶融金属粒単体Ｍは、その溶融中に上面側において、表面張力により第２絶縁基板３の上面よりも高く前記開口部から突出した球面状の凸面部を形成し、その後の冷却固化工程において、その形状を保った状態で固化される。以上のようにして、前記第２回路配線基板Ｐ２が形成され、これと同様な方法で前記第３、第４回路配線基板Ｐ３、Ｐ４も形成され、図１に示した積層段階に入る。

なお、第２パッド部４ａを含む第２配線金属層４の形成は、第２金属層４Ａを図２（ａ）〜（ｆ）に示す工程を通して存在させたままにしておいて、最終段階で、第２金属層４Ａに化学エッチング法などによって回路パターニングを施して行うこともでき、図２（ａ）の工程で行うも図２（ｆ）の工程で行うも本発明の本質を左右するものではない。

ところで、図１（ｂ）に示された加熱加圧工程では、開口部ＢＨは、前記溶融後の金属粒単体Ｍが押し潰される際に直径を拡大する方向に膨らまされる。この膨らみは余り大きくない方がよいので、前記金属粒単体Ｍ１の体積は、例えば図２（ｆ）において符号Ｇで示すように、前記溶融後の金属粒単体Ｍが開口部ＢＨの全容積を満たさず、その凸面部と絶縁基板３との間に隙間を作り、凸面部の先端部分が押し潰される際に、前記隙間Ｇを相殺する程度の体積で設計しておくとよい。

なお、開口部ＢＨが逆円錐形である方が、前記金属粒単体Ｍ１の球体の下半分の面が開口部ＢＨの錐面と近接し隙間が少ないので、球体の上半分の突出量を重点的に見極めればよいので、直円筒形の場合よりも、開口部ＢＨの容積に対する金属粒単体Ｍ１の体積設定が容易である。

前記第１実施形態に係わる積層配線基板及び製造方法によれば、前記層間導電ビアＶと第２配線金属層の第２パッド部４ａとは、そのパッド部を清浄化して加熱することによって簡単かつ確実に良好な合金接合が得られる。また、前記層間導電ビアＶと第１配線金属層２の第１パッド部２ａ、２ｂとは、加熱加圧条件下で、前記層間導電ビアＶの基材料である金属粒単体Ｍの凸面部がそのパッド部に突き合わせられるので、簡単かつ確実に良好な合金接合が得られる。そして、前記第１、第２回路配線基板Ｐ１、Ｐ２相互の積層における前記各層間導電ビアＶの両端面と各パッド部２ａ−４ａ、２ｂ−４ｂとの良好な合金接合形態は、前記第２〜第４回路配線基板Ｐ２〜Ｐ４相互間においても同様に得られる。

従って、ボイド並びに層間接続抵抗値及びそのばらつきが著しく低減され、高い信頼性の層間接続を得ることができる。また、層間導電ビア上への電子部品の実装、積層配線基板内の各基板間のビア・オン・ビア或いはパッド・オン・ビアなどが可能であり、各配線金属層がめっきを用いないで形成されるので層厚を薄くできてファインパターン化も容易に得られる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係わる回路配線基板及びその製造方法について、図３、図４を順次参照して説明する。前記第２実施形態は多くの点で第１実施形態と共通するので、第１実施形態と同一部分及び構成については、同一符号を付して、その詳細な説明を省略する場合がある。

第２実施形態に係わる積層配線基板は図３（ｃ）に示され、積層配線基板の製造方法は図３（ａ）〜図３（ｃ）の製造工程並びに図４（ａ）〜図４（ｆ）に示されている。本実施形態に係わる積層配線基板は少なくとも２枚の回路配線基板を積層する形態をとるものであり、図３（ａ）に示すように一例として第１〜第４回路配線基板Ｐ１ａ〜Ｐ４ａが用意される。

前記第１〜第４回路配線基板Ｐ１ａ〜Ｐ４ａは、いずれも非熱可塑性樹脂フィルム（例えばデュポン社製のカプトンと称されるポリイミド樹脂フィルム）からなる第１〜第４絶縁基板１１、１２、１４、１６の各片面に銅箔を張り合わせた銅張積層基板材（片面ＣＣＬ）を用いて形成される。

そして、前記第１〜第４絶縁基板の各一方の面（上面）には、前記各銅箔に回路パターニングを施すことによって第１〜第４配線金属層２、４、６、８が形成され、第２〜第４絶縁基板１２、１４、１６の他方の面（下面）には、例えばエポキシ系の熱硬化性樹脂接着層１３、１５、１７がそれぞれ接着されている。なお、前記第１回路配線基板Ｐ１ａは、第１絶縁基板１１の他方の面（下面）にも配線金属層を設けた両面配線基板とすることもできる。

前記第１回路配線基板Ｐ１ａの第１配線金属層２は、層間接続の予定数及び配置パターンに応じて適宜定められた第１パッド部２ａ、２ｂを有し、第２回路配線基板Ｐ２ａの第２配線金属層４は前記第１回路配線基板Ｐ１ａの第１パッド部２ａ、２ｂに対応する複数の第２パッド部４ａ、４ｂを有する。

そして、第２回路配線基板Ｐ２ａでは、前記第２絶縁基板１２及び熱硬化性樹脂接着層１３を貫通する複数の開口部ＢＨが、前記第２絶縁基板１２の下面側から各第２パッド部４ａ、４ｂの内面に達するブラインドホールとして形成されている。

前記各開口部ＢＨ内には第１実施形態と同様に、加熱溶融処理された第１の層間導電ビア用の金属粒単体Ｍがそれぞれ充填され、金属粒単体Ｍの一端面が加熱により前記各第２パッド部４ａ、４ｂの内表面に合金接合され、他端面が前記第２絶縁基板１２の下面から突出する凸面部を有する形状とされている。

また、前記第２回路配線基板Ｐ２ａの場合と同様に、第３回路配線基板Ｐ３ａは、複数の開口部ＢＨが形成された第３絶縁基板１４及び熱硬化性樹脂接着層１５、第３絶縁基板１４の一方の面に形成された複数の第３パット部６ａ〜６ｃを含む第３配線金属層６、各開口部ＢＨに充填された第２の層間導電ビア用の金属粒単体Ｍを有する。

そして、第４回路配線基板Ｐ４ａは、同様に複数の開口部ＢＨが形成された第４絶縁基板１６及び熱硬化性樹脂接着層１７、複数の第４パット部８ａ〜８ｃを含む第４配線金属層８及び第３の層間導電ビア用の金属粒単体Ｍを有する。前記第２及び第３の層間導電ビア用の金属粒単体Ｍは前述の材質からなり、前記第３、第４絶縁基板１４、１６の各下面から突出する凸面部が形成されている。

次に、前記各パッドや各開口部につき相互間の位置合わせをして重ね合わせた前記第１〜第４回路配線基板Ｐ１ａ〜Ｐ４ａを、例えば加熱温度２６０℃、圧力１〜５ＭＰａの条件下で１０〜３０分間、加熱プレート（図示せず）により上下両側から挟む方向にて加熱加圧することによって、図３（ｂ）に示すように前記熱硬化性樹脂接着層１３、１５、１７によって接着して一体化された積層配線基板Ｐｓａを形成する。

このとき、前記第１〜第３回路配線基板Ｐ１ａ〜Ｐ３ａの第１〜第３パッド部（２ａ、２ｂ）〜（６ａ〜６ｃ）にそれぞれ対向する第２〜第４回路配線基板Ｐ２ａ〜Ｐ４ａの各金属粒単体Ｍの凸面部は、対向する各配線金属層の各パッド部にそれぞれ突き合わせられるので、各パッド部表面が酸化されていたとしても、その酸化物を突き破り、各パッド部表面と簡単かつ確実に良好な合金接合を形成すると共に押圧平坦化される。

このようにして、図３（ｂ）に示すように、第１及び第２パッド部２ａ−４ａ間、２ｂ−４ｂ間、第２及び第３パッド部４ａ−６ａ間、４ｂ−６ｂ間、第３及び第４パッド部６ａ−８ａ間、６ｂ−８ｂ間、６ｃ−８ｃ間に金属粒単体Ｍからなる複数の層間導電ビアＶがそれぞれ形成される。

前記各導電ビアＶの一端面は隣接する配線金属層の各パッド部に加熱によりそれぞれ合金接合され、前記各導電ビアＶの他端面は隣接する各配線金属層の各パッド部に加熱加圧によりそれぞれ合金接合されている。その後、図３（ｃ）に示すように、第１実施形態の図１（ｃ）の工程において既に説明した通りの絶縁被覆層９を積層配線基板Ｐｓａの上表面に被着する。

次に、前記第２〜第４回路配線基板Ｐ２ａ〜Ｐ４ａの製造方法について、図４を参照して説明する。図４は、図３における前記第２回路配線基板Ｐ２ａの第２絶縁基板１２上の第２パッド部４ａ及び導電ビア用の金属粒単体Ｍ及びその近傍の部分を対象にして示しているが、以下に説明するこれらの形成手法は、他の第２パッド部４ｂや第３、第４回路配線基板Ｐ３ａ、Ｐ４ａの各パッド部、開口部ＢＨ及び金属粒単体Ｍの形成にも同等に適用できる。

まず、図４（ａ）に示す工程では、例えばカプトンのような非熱可塑性樹脂フィルムからなる第２絶縁基板１２の一方の面（下面）に、例えば１０〜１２μｍの厚さを有する銅箔からなる第２金属層４Ａを積層して設けられた片面配線基材（片面ＣＣＬ）を用意し、第２絶縁基板１２の他方の面（上面）に、例えばエポキシ系の熱硬化性樹脂接着フィルムからなる熱硬化性樹脂接着層１３を接着する。

図４（ｂ）の工程では、前記熱硬化性樹脂接着層１３の上面にマスク層ＭＳを被覆し、図４（ｃ）の工程では、前記マスク層ＭＳ、熱硬化性樹脂接着層１３及び絶縁基板１２に、その上面側からレーザ加工を施し、第２金属層４Ａの第２パッド部４ａ（図３参照）に相当する部分の内側表面を露出させるように貫通する開口部ＢＨを形成する。

図４（ｄ）の工程では、前記第２パッド部４ａの露出表面を清浄化処理するために、フラックスＦをスキージング印刷し、開口部ＢＨの底部にて、第２パッド部４ａの露出表面に被着する。なお、前記フラックスＦの供給やマスク層ＭＳの省略などについては、前記第１実施形態の場合と同様である。

そして、図４（ｅ）に示すように、重なり合う前記第２絶縁基板１２と樹脂接着層１３との合計厚さ寸法よりも大きな直径の寸法を有する球体状の金属粒単体Ｍ１を、前記開口部ＢＨ内に挿入し前記フラックスＦ上に重ねる。前記金属粒単体Ｍ１は、銅箔に拡散し易い金属成分を混入した前述のようなはんだ粒単体の材料からなっていて、前記絶縁基板１２及び樹脂接着層１３の厚さ範囲における前記開口部ＢＨの容積よりも大きな体積を有する。

次に、図４（ｆ）の工程では、前記マスク層ＭＳを除去した後、例えば２６０℃の温度で前記金属粒単体Ｍ１を加熱溶融して溶融金属粒単体金属Ｍを形成する。前記溶融金属Ｍは、その底面側において、フラックスＦによって酸化物を除去して清浄化された第２パッド部４ａの内側表面との界面に拡散して合金接合を形成し低抵抗性或いは高導電性の電気的接続がなされる。

また、前記溶融金属Ｍは、その溶融中に上面側において、表面張力により第１絶縁基板１２及び樹脂接着層１３の上面よりも高く突出した球面状の凸面部を形成し、その後の冷却固化工程において、その形状を保った状態で固化される。以上のようにして、前記第２回路配線基板Ｐ２ａが形成され、これと同様な方法で前記第３、第４回路配線基板Ｐ３ａ、Ｐ４ａも形成され、図３に示した積層段階に入る。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係わる回路配線基板について、図５を参照して説明する。図５（ｂ）〜図５（ｄ）は本実施形態に係わる３つの積層配線基板の構造例を示すものであり、図５（ａ）は、これらの積層配線基板のコア配線基板として中央部に組み込まれる回路配線基板の一例を示すものである。

まず、図５（ａ）に示された回路配線基板（コア配線基板）Ｐ１ｂは、両面銅箔張基材（両面ＣＣＬ）を基材として用いて形成され、絶縁基板２１の上下両面に、それぞれ回路パターニングが施された配線金属層３０、３１を有し、前記各配線金属層３０、３１は、それぞれ複数のパッド部（３０ａ、３０ｂ）、（３１ａ、３１ｂ）を有する。そして、前記絶縁基板２１の一部に貫通孔が形成され、前記貫通孔内壁及び前記配線金属層３０、３１の一部に亘って銅めっき層からなる層間導電ビア３０ｃが形成されている。

前記絶縁基板２１は、前記第１実施形態に示された絶縁基板材料と同様の熱可塑性樹脂及び前記第２実施形態に示された絶縁基板材料と同様の非熱可塑性樹脂から選択した材料を用いることができる。

図５（ｂ）に示された積層配線基板Ｐｓｂは、前記絶縁基板２１が熱可塑性樹脂からなる回路配線基板（コア配線基板）Ｐ１ｂを第１回路配線基板とし、その両面に、前記第１実施形態における第２、第３回路配線基板Ｐ２、Ｐ３と同様な２組の回路配線基板群をそれぞれ重ね合わせ加熱加圧することによって層間導電ビアＶにより層間接続されている。前記各回路配線基板Ｐ１ｂ、Ｐ２、Ｐ３の各絶縁基板は、いずれも熱可塑性樹脂からなるために、互いに流動し合って基板間に境界のない一体化された形態となり、全体として柔軟（フレキシブル）な積層配線基板が得られる。

図５（ｃ）に示された積層配線基板Ｐｓｃは、第１回路配線基板としてのコア配線基板Ｐ１ｂの前記絶縁基板２１が非熱可塑性樹脂により形成されており、その両面に、前記第１実施形態における第２、第３回路配線基板Ｐ２、Ｐ３と同様な２組の回路配線基板群をそれぞれ重ね合わせ加熱加圧することによって層間導電ビアＶにより層間接続されている。

図５（ｄ）に示された積層配線基板Ｐｓｄは、第１回路配線基板としてのコア配線基板Ｐ１ｂの前記絶縁基板２１が非熱可塑性樹脂により形成されており、その両面に、前記第２実施形態における第２、第３回路配線基板Ｐ２ａ、Ｐ３ａと同様な２組の回路配線基板群をそれぞれ重ね合わせ加熱加圧することによって層間導電ビアＶにより層間接続されている。

このような第３実施形態によれば、前記第１回路配線基板を両面ＣＣＬを用いて形成することによって、両面コア配線基板の両面に多数の回路配線基板を積層した著しく多機能化された積層配線基板を提供することができる。また、前記各絶縁基板を熱可塑性樹脂で形成することによって、使用部材点数を低減したり、厚さを軽減したり、要求に応じたフレキシビリティを有する積層配線基板を得ることができる。更には、前記絶縁基板として非熱可塑性樹脂を適宜組み込めば、フレキシビリティ要求とは逆に積層配線基板の曲げ剛性をある程度以上の高めに設定する必要がある場合などに、その要求に容易に応えることができる。

なお、前記金属粒単体Ｍ、Ｍ１の材料としては、はんだ粒子或いはボールが最も好ましいが、はんだ層で被覆された銅粒子単体（ボール）を用いたり、或いは配線金属層に対する拡散係数の高い金属成分として例えば錫などを混入した銅、銀、ビスマス或いはインジウムなどの他の金属粒子（ボール）を用いることもできる。そして、前記各実施形態では、層間導電ビア及びこれに対応する開口部などの各部が複数で説明されているが、本発明は前記各部が単数の場合も含む。

１、３、５、７、１１、１２、１４、１６、２１ 絶縁基板
２、４、６、８、３０、３１ 配線金属層
２ａ〜２ｂ、４ａ〜４ｂ、６ａ〜６ｃ、８ａ〜８ｃ、３０ａ〜３０ｂ、３１ａ〜３１ｂ パッド部
４Ａ 金属層
１３ 熱硬化性樹脂接着層
ＢＨ 開口部
Ｆ フラックス
Ｍ 溶融後の金属粒単体
Ｍ１ 金属粒単体
ＭＳ マスク層
Ｐ１〜Ｐ４、Ｐ１ａ〜Ｐ４ａ、Ｐ１ｂ 回路配線基板
Ｐｓ、Ｐｓａ、Ｐｓｂ〜Ｐｓｄ 積層配線基板
Ｖ 層間導電ビア

Claims (7)

1. 第１及び第２回路配線基板を積層したものであり、前記第１回路配線基板は第１絶縁基板の少なくとも一方の面に設けられた第１パッド部を有する第１配線金属層を備え、前記第２回路配線基板は、板面を貫通する開口部が形成された第２絶縁基板、前記開口部内に充填され前記板面に沿って平坦化された両端面を有する金属粒単体からなる層間導電ビア及び前記第２絶縁基板の一方の面に設けられ前記層間導電ビアの一端面に接合された第２パッド部を有する第２配線金属層を備え、前記金属粒単体は加熱により前記各配線金属層表面に拡散して合金接合を形成し加圧により平坦化される材質からなり、前記第２パッド部は前記層間導電ビアの一端面に加熱により合金接合され、前記第１パッド部は前記層間導電ビアの他端面に加熱加圧により合金接合されていることを特徴とする積層配線基板。
2. 前記第２絶縁基板は熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の積層配線基板。
3. 前記第２絶縁基板は非熱可塑性樹脂からなり、前記第２配線金属層は前記第２絶縁基板の一方の面に設けられ、前記第１配線金属層は熱硬化性樹脂接着層を介して前記第２絶縁基板の他方の面に接着されていることを特徴とする請求項１に記載の積層配線基板。
4. 前記第１及び第２配線金属層は銅からなり、前記金属粒単体は、はんだ粒単体からなることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか１つに記載の積層配線基板。
5. １．第１回路配線基板を形成する段階は、
   第１絶縁基板の少なくとも一方の面に設けられた第１金属層に回路パターン化を施し、第１パッド部を有する第１配線金属層を形成する工程を含み、
   ２．第２回路配線基板を形成する段階は、
   （２−Ａ）熱可塑性樹脂フィルムからなる第２絶縁基板の一方の面に前記第１配線金属層の第１パッド部に対応する第２パッド部を有する第２金属層が設けられた片面配線基材を用い、前記第２絶縁基板の他方の面側から、前記第２パッド部に対応して開口部を前記第２絶縁基板に形成することにより、前記第２パッド部の内面を露出させる工程と、
   （２−Ｂ）前記第２パッド部の露出表面を清浄化処理する工程と、
   （２−Ｃ）加熱により前記各金属層表面に拡散して合金接合を形成し加圧により平坦化される材質からなり、前記開口部の容積よりも大きな体積を有する層間導電ビア用の金属粒単体を前記開口部内に挿入する工程と、
   （２−Ｄ）前記金属粒単体を加熱溶融することによって、前記第２金属層の第２パッド部の表面と合金接合し表面張力により前記開口部から突出する凸面部を形成した状態で固化する工程と、
   （２−Ｅ）前記第２金属層に回路パターン化を施して第２配線金属層を形成する工程と、
   を含み、
   ３．前記第１及び第２回路配線基板を積層する段階は、
   （３−Ａ）前記第１パッド部と前記第２パッド部とを位置合わせし、前記第２絶縁基板の他方の面を前記第１絶縁基板の一方の面に向けて前記第１及び第２回路配線基板を重ね合わせる工程と、
   （３−Ｂ）加熱条件下で、前記第１及び第２回路配線基板を厚さ方向に挟むように両面から加圧し、前記第１及び第２絶縁基板を相互に熱圧着する工程と、
   （３−Ｃ）前記工程（３−Ｂ）の際に、前記工程（２−Ｄ）の金属粒単体の凸面部を前記第２配線金属層のパッド部表面に突き合わせて合金接合すると共に押圧平坦化することによって、前記第１及び第２パッド部間に層間導電ビアを形成する工程と、
   を含み、
   前記段階１〜段階３を備えたことを特徴とする積層配線基板の製造方法。
6. １．第１回路配線基板を形成する段階は、
   第１絶縁基板の少なくとも一方の面に設けられた第１金属層に回路パターン化を施し、第１パッド部を有する第１配線金属層を形成する工程を含み、
   ２．第２回路配線基板を形成する段階は、
   （２−ａ）一方の面に前記第１パッド部に対応する第２パッド部を有する第２金属層が設けられた非熱可塑性樹脂フィルムからなる第２絶縁基板の他方の面に熱硬化性樹脂接着層を貼着し、前記第２絶縁基板の他方の面側から、前記第２パッド部に対応して開口部を前記第２絶縁基板に形成することにより、前記第２パッド部の内面を露出させる工程と、
   （２−ｂ）前記第２パッド部の露出表面を清浄化処理する工程と、
   （２−ｃ）加熱により前記各金属層表面に拡散して合金接合を形成し加圧により平坦化される材質からなり、前記開口部の容積よりも大きな体積を有する層間導電ビア用の金属粒単体を前記開口部内に挿入する工程と、
   （２−ｄ）前記金属粒単体を加熱溶融することによって、前記第２金属層の第２パッド部の表面と合金接合し表面張力により前記開口部から突出する凸面部を形成した状態で固化する工程と、
   （２−ｅ）前記第２金属層に回路パターン化を施して第２配線金属層を形成する工程と、
   を含み、
   ３．前記第１及び第２回路配線基板を積層する段階は、
   （３−ａ）前記第１パッド部と前記第２パッド部とを位置合わせし、前記第２絶縁基板の他方の面を前記第１絶縁基板の一方の面に向けて前記第１及び第２回路配線基板を重ね合わせる工程と、
   （３−ｂ）加熱条件下で、前記第１及び第２回路配線基板を厚さ方向に挟むように両面から加圧し、前記第１及び第２絶縁基板を前記熱硬化性樹脂接着層によって相互に接着する工程と、
   （３−ｃ）前記工程（３−ｂ）の際に、前記工程（２−ｄ）の金属粒単体の凸面部を前記第２配線金属層のパッド部表面に突き合わせて合金接合すると共に押圧平坦化することによって、前記第１及び第２パッド部間に層間導電ビアを形成する工程と、
   を含み、
   前記段階１〜段階３を備えたことを特徴とする積層配線基板の製造方法。
7. 前記第１及び第２配線金属層は銅からなり、前記金属粒単体は、はんだ粒単体からなることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の積層配線基板の製造方法。

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